اگرچه اختراع چرخ در حدود ۶۰۰۰ سال پیش همه چیز را از حمل و نقل گرفته تا ساخت سفال دگرگون کرد، منشأ دقیق آن هنوز برای باستانشناسان روشن نبود، تا اینکه یک مطالعه جدید با استفاده از تکنیک‌های مکانیک سازه نشان داد معدنچیان مس اروپای شرقی احتمالاً ابداع کنندگان سه نوآوری اصلی در فناوری چرخ در ۳۹۰۰ سال قبل از میلاد بودند.
شواهد باستانشناسی از چرخ‌ها و وسایل نقلیه دارای چرخ در عصر مس (حدود ۵۰۰۰ تا ۳۰۰۰ سال پیش از میلاد مسیح) در سراسر اروپا، آسیا و شمال آفریقا، از جمله صحنه‌های نبرد منقوش روی دیوارها، چرخ‌های مینیاتوری، اسباب‌بازی‌های کودکان و حتی اشارات متنی اولیه به این فناوری فراوان است. با وجود این، از آنجا که چرخ بسیار سریع به کار گرفته شد، دقیقاً روشن نیست نخستین بار کجا و چه زمانی اختراع شد یا این که به طور مستقل در زمان‌ها و مکان‌های مختلف اختراع شد.
درباره منشأ چرخ، سه نظریه اصلی وجود دارد. یکی از آن‌ها پیشنهاد میکند چرخ نخستین بار حدود ۴۰۰۰ پیش از میلاد در بین النهرین ظاهر شد و سپس به اروپا گسترش یافت. نظریه دیگر پیشنهاد میکند چرخ حدود ۳۸۰۰ سال پیش از میلاد اطراف سواحل پونتیک در شمال ترکیه توسعه یافت. سومین نظریه اصلی استدلال میکند چرخ بین سال‌های ۴۰۰۰ تا ۳۵۰۰ پیش از میلاد در کوه‌های کارپات اختراع شد و از آنجا در مسیرهای مختلف گسترش یافت.
نظریه سوم که سال ۲۰۱۶ توسط ریچارد بولیت مورخ، استاد بازنشسته دانشگاه کلمبیا و یکی از نویسندگان مطالعه جدید ارائه شد، بر مبنای این ایده است که حدود ۴۰۰۰ سال پیش از میلاد، یافتن سنگ مس بسیار مورد نیاز بود و نیاز بود معدنچیان به عمق معادن سفر کنند تا محفظه‌های سنگ معدن را بیرون بکشند. بولیت در کتاب «چرخ: اختراعات و ابداعات» نوشته که مدل‌های واگن اواخر عصر مس که در منطقه کارپات یافت شده‌اند، مستطیلی با اضلاع ذوزنقه‌ای هستند، شبیه ماشین‌های معدن امروزی.
در مطالعه‌ای که روز چهارشنبه (۲۳ اکتبر) در مجله «رویال سوسایتی اوپِن سایِنس» منتشر شد، بولیت و نویسندگان همکار، کای جیمز، مهندس هوافضا و لی آلاکوک، مهندس، مدل خود از چگونگی تکامل چرخ را با جزئیات شرح دادند.
این تیم با دانش خود از سیستم‌های چرخ باستانی بر اساس شواهد باستانشناسی، از مکانیک محاسباتی و علم طراحی استفاده کردند تا ببینند در گذشته چگونه مجموعه‌ای از غلتک‌های ساده را به یک سیستم چرخ و محور تبدیل کردند.
محققان در مطالعه خود، به این نتیجه رسیدند کردند سه نوآوری برای تکامل چرخ نیاز است. با توجه به نیاز به جابجایی یک سبد یا جعبه سنگین، مردم احتمالاً از غلتک‌هایی استفاده می‌کردند که در امتداد یک مسیر قرار می‌گرفتند و در صورت نیاز غلتک‌های عقب را به جلو منتقل می‌کردند.
نخستین ابداع (غلتک‌های شیاردار) به جعبه اجازه میداد روی غلتک‌ها قرار بگیرد و به جلو و عقب حرکت کند، بدون اینکه افراد مجبور باشند برای تعویض غلتک‌ها اطراف آن قدم بزنند. این تغییر احتمالاً به مردم اجازه داد گاری وسیعتری را داخل معدن کنند. دومین ابداع، چرخ‌محور یا چرخ‌هایی ثابت روی محور بود که به گاری فاصله بیشتری برای عبور از روی سنگ‌ها و دیگر زباله‌های مسیر معدن میداد و سومین نوآوری که در آن چرخ‌ها مستقل از محور حرکت می‌کنند، احتمالاً حدود ۵۰۰ سال پس از آن چرخ-محور پدید آمد و قابلیت مانور را به طراحی افزود.
تیم تحقیق پس از ایجاد یک طرح چرخ-محور بهینه، بر اساس تجزیه و تحلیل محاسباتی دریافتند که تکامل چرخ و محور از غلتک‌های ساده، یک مسیر نزولی محتمل است که نشان‌دهنده یک طراحی بیش از پیش کم مصرف است. اما ممکن است معادن کارپات نیز بر طراحی اثر گذاشته باشند.
محیطی که توسعه‌دهندگان چرخ اصلی در آن فعالیت می‌کردند، ویژگی‌های منحصربه‌فردی داشت که زمینه ساز تغییر به سمت حمل‌ونقل مبتنی بر غلتک شد. اساساً، این ویژگی‌های محیطی (برای مثال)، یک مسیر باریک و محصور) توسعه دهندگان چرخ را به سمت آن طراحی خاص سوق داد.
اگرچه مدل جدید ممکن است نشان دهد چرخ چگونه در اروپای شرقی اختراع شد و به طور بالقوه از آنجا گسترش یافت، اما داستان به همینجا ختم نمیشود چون هنوز این امکان وجود دارد که چندین تمدن به‌طور مستقل چرخ را کشف کرده باشند.
رویکرد طراحی محاسباتی که محققان در این مطالعه از آن استفاده کردند، میتواند به طور بالقوه برای سایر پرسشهای باستانشناسی به کار رود. برای مثال، هنوز چیزهایی زیاد برای یادگیری درباره نحوه دقیق ساخت اهرام وجود دارد. طراحی مکانیکی محاسباتی میتواند در پاسخ دادن به برخی از این پرسش‌ها مفید باشد.
